齊魯醫(yī)學(xué)光接口的傳輸指標(biāo)和測試

第3章

光接口的傳輸指標(biāo)和測試2021/9/301S點是緊靠著發(fā)送機（TX）的活動連接器（CTX）后的參考點，R點是緊靠著接收機(RX)的活動連接器(CRX)前的參考點

光接口主要指S點和R點的物理接口，它們分別是發(fā)送機與光纖(光纜)線路，以及接收機與光纖(光纜)線路之間的互連點

發(fā)送接收CTXCRXSR光纜設(shè)施光接口示意圖2021/9/3023.1發(fā)送機平均發(fā)送光功率的定義消光比光譜特性眼圖模板2021/9/303平均發(fā)送光功率的定義

光端機的平均發(fā)送光功率是指給光端機電接口輸入223-1或215-1的偽隨機碼時，光端機輸出端S點測量的平均光功率。

單位：絕對功率電平“dBm”

當(dāng)采用LD光源時，一般為-9dBm、-6dBm、-3dBm；當(dāng)采用LED光源時，一般不小于-30dBm2021/9/304標(biāo)稱比特率(kbit/s)光源平均發(fā)送光功率(dBm)多模系統(tǒng)單模系統(tǒng)850nm1310nm1310nm2048LED≥-18≥-25≥-308448LDLED≥-12≥-18≥-9≥-25≥-9≥-3034368LDLED≥-12≥-20≥-9≥-25≥-9≥-30139264LDLED--≥-9-≥-9≥-302021/9/305測試方法速率為2.048Mbit/s和8.448Mbit/s的端機，要求送215-1序列的偽隨機碼，對于34.368Mbit/s和139.264Mbit/s的光端機，要求送223-1序列的偽隨機碼。其碼型應(yīng)符合電接口的碼型要求，即：2.048Mbit/s、8.448Mbit/s和34.368Mbit/s三種電接口的碼型應(yīng)為HDB3碼，139.264Mbit/s接口的碼型應(yīng)為CMI碼。

連接器T′CS誤碼儀光端機光功率計平均發(fā)送光功率的測試圖

2021/9/306測試步驟

1按圖連接電路。2誤碼儀（或傳輸特性測試儀）發(fā)送規(guī)定比特率、碼型和長度的偽隨機測試信號。3用標(biāo)準(zhǔn)測試光纖軟線（其長度不短于2米）將待測光端機發(fā)送端輸出活動連接器與光功率計輸入活動連接器相連，此時從光功率計直接讀出以dBm為單位的數(shù)值LT，而有的光功率計只能讀得mw(PT)數(shù)，則可按下式換算成dBm，即：LT=10lg(10-3·PT)2021/9/307說明：平均發(fā)送光功率與光端機輸出光脈沖波形有關(guān)，目前有NRZ碼和50%占空比的RZ碼兩種波形，前者比后者的平均發(fā)送光功率大3dB。國標(biāo)GB/T13997-92（光端機的技術(shù)要求）中規(guī)定：單模光纖系統(tǒng)用NRZ碼測量，多模光纖系統(tǒng)用RZ碼測量

平均發(fā)送光功率與光源的注入電流大小有關(guān)，測試應(yīng)在正常注入電流條件下進行。2021/9/308消光比的定義

光端機的電接口輸入為全“1”碼和全“0”碼時的平均發(fā)送光功率之比，用EXT表示P1=2PT

2021/9/309無輸入信號時，光端機輸出平均發(fā)送光功率P0，對接收機來說是一種噪聲，會降低接收機靈敏度，因此希望消光比越大越好。但是，對激光器LD來講，要使消光比大就要減小偏置電流，從而使光源輸出功率降低，譜線寬度增加等。特別是采用DFB激光器時，偏置電流大些可減少啁啾聲線寬，而要求消光比大會使偏置電流減小從而使啁啾聲功率代價增加，抖動也增加，所以要全面考慮消光比與其它指標(biāo)之間的矛盾。

2021/9/3010消光比的測試消光比的測試原理圖與平均發(fā)送光功率的測試原理圖一樣

1誤碼儀(傳輸特性測試儀)發(fā)送規(guī)定傳輸比特率、碼型和長度的偽隨機測試信號，用光功率計測出平均發(fā)送光功率PT。2將光端機中線路編碼盤撥出，測出此時全“0”碼輸入的平均發(fā)送光功率P0。3按定義計算可得到消光比值。

2021/9/3011光譜特性的定義

對于140Mbit/s速率及更低的速率情況下，通常為損耗受限系統(tǒng)

對于565Mbit/s速率以上的系統(tǒng)為色散受限系統(tǒng)，光源的光譜特性將成為制約系統(tǒng)性能的至關(guān)重要的參數(shù)

2021/9/3012最大均方根寬度（σ）

多縱模激光器和發(fā)光二極管

度量其光脈沖能量的集中程度P(l)是實測的光源光譜特性，l1和l2是相對峰值功率跌落規(guī)定分貝數(shù)的波長，l0是峰值波長2021/9/3013σ的大小與積分區(qū)域的選擇密切相關(guān)。若積分區(qū)域大，即l1和l2處功率電平相對峰值功率電平跌落的分貝數(shù)大，則求得的σ就大

ITU-T建議G.957規(guī)定跌落分貝數(shù)至少應(yīng)為20dB，其值大小則隨比特率而異。

dBdB01-x-x00l1l1l2l2ll

MLM的典型光譜特性

LED的典型光譜特性2021/9/3014最大-20dB寬度

單縱模激光器

光譜寬度是按相對主模中正波長的最大峰值功率跌落-20dB時的最大全寬來定義的高斯形主模光譜特性-20dB全寬=6.07σ

2.58倍的-3dB全寬t3

SLM的典型光譜特性dB0-200l1l2l2021/9/3015最小邊模抑制比(SMSR)

定義為最壞反射條件時，全調(diào)制條件下主縱模(M1)平均光功率與最強的邊模(M2)的光功率之比的最小值

ITU-T建議G.957規(guī)定SLM的最小邊模抑制比為30dB2021/9/3016光譜特性的測試

1用光譜分析儀測出光譜，從中找出最高功率電平并記錄下峰值波長，在分別記錄下比峰值功率電平跌落規(guī)定分貝數(shù)的短波長l1和長波長l2。2根據(jù)定義即可求得符合要求的光譜特性參數(shù)：σ、SMSR和-20dB寬度。

T′誤碼儀光端機光譜分析儀儀

光譜特性的測試圖緊密測試光纖2021/9/3017眼圖模板

SDH系統(tǒng)

在高比特率光通信系統(tǒng)中，發(fā)送光脈沖的形狀不易控制，常?？赡苡猩仙?、下降沿、過沖、下沖和振鈴現(xiàn)象。這些都可能導(dǎo)致接收靈敏度的劣化，需要嚴(yán)加限制。

捕捉到一些觀察單個孤立脈沖所不易發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象

2021/9/3018邏輯“1”平均電平邏輯“0”平均電平時間幅度光發(fā)送信號的眼圖模板2021/9/3019眼圖模板的測試

STM-1STM-4

x1/x40.15/0.850.25/0.75x2/x30.35/0.650.40/0.60y1/y20.20/0.800.20/0.80

STM-16x3-x20.2y1/y20.25/0.75光發(fā)送機光測試參考接收機示波器發(fā)送機眼圖模板的測試圖OIEO光纖H(P)2021/9/3020光通道

衰減

PDH光纖通信系統(tǒng)-最大衰減

SDH光纖通信系統(tǒng)-衰減范圍

2021/9/3021PDH-最大衰減最大允許衰減PSR指S-R之間所允許的光纜鏈路的總衰減，其中可直接用于光纖的部分為P′SR

P′SR=-PT-PR-2Ac-Me=PSR-2Ac

光纜鏈路的總衰減包括各段光纜的衰減、光纜間光纖接頭的損耗、活動連接器的損耗、其它無源器件(例如波分復(fù)用器件)的插入損耗、設(shè)計時預(yù)留的光纜富余度以及光通道代價光纜的衰減由光纜內(nèi)所含光纖以及成纜所引起的附加損耗所構(gòu)成2021/9/3022標(biāo)稱速率(kbit/s)波長(nm)光源S-R點間光通道要求(BER=1×10-10)最大衰減(dB)最小3dB光帶寬(MHz)2048850LDLED51*10101310LDLED463010108448850LDLED47*20*1310LDLED****34368850LDLED41*50*1310LDLED35225050139264850LDLED35*100*1310LDLED27181001002021/9/3023標(biāo)稱速率(kbit/s)波長(nm)光源S-R點間光通道要求(BER=1×10-10)最大衰減(dB)最大色散(ps/nm)20481310LD46

1550**84481310LD40不要求1550**343681310LD35不要求(MLM)1550**1392641310LD28215(MLM)155028*4×1392641310LD2492(MLM)155024*2021/9/3024再生段距離L1

2021/9/3025SDH-衰減范圍

下限值：主要是由發(fā)送功率變化和接收機動態(tài)范圍所允許的過載點功率來決定的。上限值：主要由最小發(fā)送功率和最小接收靈敏度所決定的

2021/9/3026衰減的測試

光通道S-R點間的最大衰減測試是實際再生段光纜線路全程測試的主要內(nèi)容

PSR=10log10[P1(l)/P2(l)]按照ITU-T建議G.650的最新規(guī)定，衰減測試的基準(zhǔn)方法是剪斷法，第一替代法是后向散射法，第二替代法是插入損耗法

2021/9/3027衰減范圍

通過測量發(fā)送機功率變化和接收機動態(tài)范圍所允許的過載點功率確定下限以及最小發(fā)送功率和最小接收靈敏度確定上限。具體步驟詳見：平均發(fā)送光功率的測試、動態(tài)范圍的測試和接收靈敏度的測試。2021/9/3028最大色散

在單模光纖系統(tǒng)中，與光纖色散有關(guān)的系統(tǒng)性能損傷主要是由碼間干擾、模分配噪聲和啁啾噪聲所引起的，前兩者與多縱模激光器有關(guān)，啁啾聲主要與單縱模激光器有關(guān)。

2021/9/3029碼間干擾產(chǎn)生的等效功率代價PISI

s是脈沖均方根展寬值，T是信號時隙寬度，e是一表征相對脈沖展寬程度的參數(shù)，e越大，色散越嚴(yán)重

2021/9/3030模分配噪聲所產(chǎn)生的等效功率代價PMNP為：Q為高斯分布函數(shù)的積分限值，當(dāng)誤碼率為1×10-11時，Q為6.365。K是表示多縱模激光器模分配噪聲性能的參數(shù)，K值大小與激光器的結(jié)構(gòu)和傳輸速率有關(guān)。法布里-珀羅腔(FP)激光器的K值范圍為0.4~0.7，分布反饋（DFB）激光器的邊模抑制比很高，因而由模分配噪聲所產(chǎn)生的功率代價很小，?？珊雎浴?/p>

2021/9/3031啁啾聲(Chirp)單縱模激光器中一類特殊的損傷

在直接調(diào)制時，注入信號電流的變化（特別是前后沿）會引起載流子密度的變化，進而使有源區(qū)的折射率指數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致振蕩波長隨時間偏移，發(fā)生啁啾現(xiàn)象。2021/9/3032一般將1dB功率代價所對應(yīng)的光通道色散值（D·L）定義為光通道的最大色散值，對應(yīng)的e值分別為0.306（碼間干擾）和0.115（碼間干擾加模分配噪聲）色散受限系統(tǒng)的再生段距離Ld為：S-R點的總色散

單模光纖的色散測試，基準(zhǔn)方法是相移法，第一替代法干涉法，時域脈沖延時法是第二替代法

2021/9/3033系統(tǒng)富余度

PDH：設(shè)備富余度Me和光纜富余度McMe是考慮了時間和環(huán)境對設(shè)備性能(發(fā)送功率、接收機靈敏度和設(shè)備連接器性能的劣化等)的影響后所需要預(yù)留的光功率余量

光發(fā)送部分

(1~1.5)dB，光接收機隨溫度和時間的變化所導(dǎo)致的劣化大約為2dB，光連接器在其壽命和額定插拔次數(shù)內(nèi)的磨損達0.2dB左右，Me大約至少需要(3~4)dB2021/9/3034光纜富余度Mc(dB/km)(1)將來光纜線路配置的小調(diào)整和修改，諸如由于維修增加的接頭，光纜長度的增加。(2)由于環(huán)境因素造成的光纜性能變化，例如低溫所引起的光纜衰減的增加。直埋方式問題不大，寒冷地區(qū)的架空光纜影響較大。(3)S-R點間光纜線路所包含的活動連接器和其他無源光器件的性能劣化。

2021/9/3035國家標(biāo)準(zhǔn)GB11820規(guī)定市內(nèi)單模光纜通信系統(tǒng)Mc取0.4dB/km，但最小取3dB，最大取10dB。國家標(biāo)準(zhǔn)GB13167規(guī)定長途單模光纜通信系統(tǒng)Mc?。?.1~0.2）dB/km，一般不超過5dB。長途通信系統(tǒng)Mc?。?.05~0.15）dB/km比較適宜，最大不超過5dB，最小不低于3dB。市話局間中繼通信系統(tǒng)的Mc直接?。?~5）dB。

2021/9/3036系統(tǒng)富余度的測試

傳輸特性測試儀TXRXREGREGRXTX光功率計光纖本局對局環(huán)網(wǎng)G.703系統(tǒng)富余度測試圖2021/9/30371按照圖進行配置連接，系統(tǒng)應(yīng)正常工作。2用光功率計在每個光端機的接收端測出正常工作時的接收光功率數(shù)值R″(mw)或P″R(dBm)。3接入光衰減器，進行接收靈敏度測試，詳見靈敏度的測試。設(shè)測得結(jié)果為R(mw)或PR(dBm)。4按照系統(tǒng)富余度M的定義可以直接得到：M=10log[R″/R]或

M=P″R-PR。

2021/9/3038反射

反射是由光通道折射率不連續(xù)引起的

影響（1）在發(fā)送機輸出口由系統(tǒng)元器件反射回來的光功率會使激光器的輸出功率發(fā)生波動，降低了輸出信噪比，反饋回來的光波還會使激光器的工作波長發(fā)生偏移。（2）當(dāng)光通道中有兩個以上反射點時會產(chǎn)生多次反射，多次反射間會發(fā)生干涉，進入發(fā)送機后干涉信號間相對延時會造成激光器的相位噪聲，并在接收機處化為強度噪聲，使接收靈敏度變壞。2021/9/3039光連續(xù)波反射計(OCWR)光連續(xù)波反射計是利用連續(xù)波或調(diào)制穩(wěn)定光源和一個高靈敏度的時間平均光功率計進行測量，適用測量S點光纜設(shè)施回波損耗，也可測量R點的接收機反射系數(shù)

光源光功率計耦合器PSPRS或R點P13

OCWR法測試圖1232021/9/3040(1)先進行測試校準(zhǔn)。(a)將光源和光功率計直接相連測得光源的光功率Ps。(b)將光源接到輸出端口3，使用光功率計在輸入端口2測得光功率P32。(c)將光源接到輸入端口1，使用光功率計在輸出端口3測得光功率P13。(d)將一根無反射的跳線連接到輸出端口3，在輸入端口2測得光功率P0。(2)測試S點回波損耗時，將S點的活動連接器接到端口3，測試接收反射系數(shù)時，將R點的活動連接器接到端口3。然后測出端口2的光功率Pr。2021/9/3041(3)按照S點的回波損耗定義，即入射功率與反射光功率之比為回波損耗RL，于是

按照R點反射系數(shù)定義，即反射光功率與入射光功率之比為反射系數(shù)R，于是：R=-RL。

2021/9/3042光時域反射法(OTDR)光時域反射法利用低占空比的脈沖調(diào)制光源和一個靈敏度的時間分辨光接收機進行測量

適于測量點S點和R點間的離散反射系數(shù)，或用來測量R的接收計反射系數(shù)。

OTDR光可變衰減器入射光纖S或R點OTDR法測試圖2021/9/3043(1)先將一已知反射系數(shù)為R0的跳線接到入射光纖的出端，于是OTDR會出現(xiàn)后向散射軌跡。調(diào)節(jié)可變衰減器使反射峰值恰好低于儀表本身的飽和電平。設(shè)反射脈沖的峰值高度為H0，則校準(zhǔn)系數(shù)F為：(2)將OTDR接到參考點S或R，設(shè)此時的最大反射脈沖峰值為H，則最大離散反射系數(shù)R為：

2021/9/3044接收機

接收機靈敏度

動態(tài)范圍

接收機反射系數(shù)

2021/9/3045接收機靈敏度

接收機靈敏度是指滿足給定誤碼率（BER）的條件下，光端機接口R點能夠接受的最小平均光功率電平值，單位是dBm。

表示了光端機接收微弱光信號的能力，代表設(shè)備的質(zhì)量水準(zhǔn)當(dāng)誤碼率不劣于1×10-11時，在光端機或光中繼器輸入端連接器C之前R點測量的最小平均接收光功率（即接收靈敏度）值

2021/9/3046標(biāo)稱比特率kbit/s接收靈敏度(dBm)(BER≤1×10-11)850nm1310nmSI-APDPINPIN-FETAPD2048-60~-58-51~-49-54~-52-8448-58~-56-48~-46-50~-46-34368-52~-50-44~-40-44~-40-139264---38~-36-43~-402021/9/3047對于1.31mm光纖數(shù)字通信系統(tǒng)，都使用以FET構(gòu)成最前端的互阻抗前置放大器和PIN光檢測器混合集成的PIN-FET組件，光端機的接收靈敏度主要由組件的特性參數(shù)所決定(dBm)PR是接收接靈敏度；Q表征組件信噪比的參數(shù)，其值與誤碼率有關(guān)；Z是組件的噪聲輸出功率；P是PIN的響應(yīng)度；T是光脈沖重復(fù)周期，等于傳輸碼速fb的倒數(shù)

2021/9/3048

噪聲功率Z的影響

2Q參數(shù)的影響-超擾比Q與誤碼率BER的關(guān)系在測量接收靈敏度時，首先應(yīng)明確所要求的誤碼率指標(biāo)

2021/9/3049響應(yīng)度P的影響-表示單位入射光功率所產(chǎn)生的電流，響應(yīng)度越大、接收靈敏度越高

脈沖重復(fù)周期T的影響-T越小，PR負的越多，即接收靈敏度越高

輸入光脈沖占空比的影響-輸入脈沖越窄，即占空比越小，放大器的帶寬越窄，則對噪聲的限制作用就好，接收靈敏度也就提高2021/9/3050接收機靈敏度的測試

誤碼儀光端機SR發(fā)送計數(shù)誤碼檢測發(fā)送接收可變光衰減器光功率計接收靈敏度測試圖2021/9/3051測試方法：

1誤碼儀發(fā)送部分（傳輸特性測試儀的發(fā)送機）送出規(guī)定比特率、碼型和長度的偽隨機碼測試信號。2增大可變衰減器的衰減值，使系